車載 ECU の包括的な検証戦略: MIL、SIL、および HIL

自動車開発の分野では、電子制御ユニット (ECU) は、エンジン管理から先進運転支援システム (ADAS) に至るまで、現代の車両内のさまざまな機能を管理する極めて重要なコンポーネントです。車両がより複雑になるにつれて、これらの ECU の安全性、信頼性、パフォーマンスを確保することが最も重要になります。ここで、開発のさまざまな段階での包括的なテストを容易にするモデルベース デザイン (MBD) 手法を採用した、厳密な検証戦略が活躍します。主要な検証段階であるモデル イン ザ ループ (MIL)、ソフトウェア イン ザ ループ (SIL)、およびハードウェア イン ザ ループ (HIL) はこのプロセスに不可欠であり、リスクを軽減し、自動車 ECU のパフォーマンスを最適化するための構造化されたアプローチを提供します。

Model in the Loop (MIL)  モデルインザループ (MIL)

目的: ハードウェアまたはコードの実装前に、高レベルのシミュレーション環境内でコントローラー ロジックを検証する。

方法論: MIL では、テスト対象システム (SUT) は 2 つのコンポーネントで構成されます。

• 物理システムを表すプラント モデル。
• 制御アルゴリズムを表すコントローラー モデル。

これらのモデルはシミュレーション環境 (通常は MATLAB/Simulink) で実行され、エンジニアはさまざまなシナリオでコントローラー ロジックをテストできます。このモデルはハードウェア固有ではないため、次の開発段階に進む前に迅速な反復と設計の改良が容易になります。

• シミュレーションの忠実度: プラント モデルの現実性の度合いは、MIL テストの信頼性に直接影響するため、非常に重要です。現実世界の動作を反映するには、応答時間、ダイナミクス、環境条件などのパラメーターを注意深くモデル化する必要があります。
  

• 制御戦略: MIL は、比例・積分・微分 (PID) 調整、状態推定、障害検出アルゴリズムなどの制御戦略の検証に重点を置いています。目標は、さまざまな動作条件にわたってコントローラー ロジックが期待どおりに動作することを保証することです。
• デバッグ機能: MIL 環境は広範なデバッグ ツールを提供し、エンジニアが信号フローを視覚化し、データを追跡し、制御された設定で制御アルゴリズムの動作を分析できるようにします。

利点: MIL テストは、制御アルゴリズムの潜在的な設計上の欠陥や論理的エラーを早期に洞察します。シミュレートされた環境でコントローラーのロジックを検証することで、エンジニアは、リソースを大量に消費するテスト段階に進む前に、設計を改良できます。

Software in the Loop (SIL)  ソフトウェアインザループ (SIL)

客観的:  制御アルゴリズムが実行可能コードに正確に変換できることを検証し、ソフトウェア環境内で機能の一貫性が保たれることを確認します。

方法論: SIL テストでは、モデルはすでにソフトウェア形式になっています。主な変更点は、このモデル内の制御ブロックが Simulink Coder などのツールを使用して C または C++ コードに自動的に変換されることです。この新しく生成されたコードはシミュレーションの制御ブロックを置き換えますが、モデルの残りの部分は元のソフトウェア形式のままです。

• コード生成: 自動生成されたコードは、コーディング標準に準拠し、元のソフトウェア モデルとの機能の一貫性が維持されていることを確認するために、厳格なテストを受けます。コードカバレッジ、実行時間、メモリ使用量などの主要な指標が綿密に監視されます。
• コンパイラとプラットフォームの考慮事項: SIL テストでは、さまざまなコンパイラとターゲット プラットフォームの影響も検査します。コンパイラの最適化の変動は制御コードの実行に影響を与える可能性があるため、複数のツールチェーンにわたる検証が不可欠になります。
• 統合テスト: SIL は初期の統合テストを容易にし、コードと他のソフトウェア コンポーネントとの相互作用を評価できるようにします。このプロセスは、システム全体のパフォーマンスに影響を与える可能性のある、データ通信、同時実行性、タイミングに関連する潜在的な問題を特定するのに役立ちます。

利点: SIL テストにより、制御アルゴリズムがソフトウェアとして実行されたときに意図したとおりに動作することが保証され、モデルベースの設計と現実世界の実装の間のギャップが埋められます。このアプローチにより、後の開発段階でのソフトウェアのバグやパフォーマンスの問題のリスクが最小限に抑えられます。

ハードウェアインザループ (HIL)

客観的:  ECU ハードウェアとソフトウェアの両方を含む統合システムを現実的な動作条件下で検証すること。

方法論: HIL テストには、組み込みプロセッサ (検証済みの制御ソフトウェアを使用) を実際のハードウェア インターフェイスまたはシミュレートされたハードウェア インターフェイスに接続することが含まれます。プラント モデルは、dSPACE や National Instruments システムなどのリアルタイム シミュレータで実行され、実際の車両を制御しているかのように ECU と対話します。

• I/O インターフェイス テスト: HIL テストでは、アナログおよびデジタル入出力、通信プロトコル (CAN、LIN、FlexRay など)、センサー/アクチュエーターの統合を含む ECU の I/O インターフェイスを厳密に評価します。これにより、ECU がセンサー データを正確に解釈し、リアルタイムでアクチュエーターを制御できるようになります。
  
• フォールト インジェクション: HIL セットアップにはフォールト インジェクション機能が含まれることが多く、エンジニアはセンサーの故障、通信エラー、アクチュエータの誤動作などの故障をシミュレートできます。これは、ECU の障害検出および軽減戦略を検証するのに役立ちます。

• システムレベルの検証: HIL テストは、展開前の実際の状況に最も近いものです。制御ループ、応答時間、他の車両システムとの相互作用を含むシステム全体のパフォーマンスをテストし、ECUが意図された動作環境で確実に動作することを確認します。

利点: HIL テストは検証の最終層を提供し、ECU が実際に近い環境で正しく動作することを確認します。 HIL テストでは、現実の状況をシミュレートすることで、ハードウェアの統合、システム レベルの相互作用、システム全体の堅牢性に関連する問題を明らかにし、現場での障害のリスクを軽減します。

ECU 検証における VVDN の専門知識: 自動車 OEM と Tier 1 サプライヤーに力を与える

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